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科学的标准从未改变

作者:苗千

2018-05-14·阅读时长16分钟

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剑桥大学理论物理学家戴维·唐(David Tong)教授是世界著名的弦论学家和量子引力学家。他讲授量子场论的视频在网络上广为流传,他也登上英国皇家学会的讲台,为公众生动地讲解理论物理学研究的现状和未来,描述出一位理论物理学家眼中神奇的自然界。

2018年4月,戴维·唐在他的办公室里接受了《三联生活周刊》的采访。在他看来,对于什么是好科学的标准,从来都没有改变过。“科学理论之所以如此强大,正是因为我们有着最严格的验证标准。”


剑桥大学理论物理学家戴维·唐


科学家需要保持耐心

三联生活周刊:你认为在现代,科学的标准是否已经改变了?可证伪性(Falsifiability)是否仍然是验证科学理论最重要的标准?

戴维·唐:对于什么是好科学的标准一丁点都没有改变过。对于科学共同体来说,一个理论是否能被接受,需要实验证据,还需要经受各种反复的质疑。尽管现在可能很多流行媒体都在宣传科学的标准需要改变了,但是我并不这么认为。目前有一些科学家说有些理论,比如说超弦理论(Superstring Theory),可能永远都无法被实验证实,因此科学的标准需要改变,这是完全不对的。

我们不可能因此就改变对于科学理论的质量要求。科学理论之所以如此强大,正是因为我们有着最严格的验证标准。其中最重要的一个原因就是,任何人都有可能犯错。如果你犯了错,就需要能够被发现并且做出改变。比如说,我们可以拿弦论做例子,最重要的一点在于想要验证它很困难,实际上想要验证任何关于量子引力方面的理论都非常困难,因此弦论还没有完全被科学界所接受。

我会读到很多理论物理学博士的申请,在每一份申请中都会出现同一句话:“20世纪物理学最重要的两个支柱就是量子力学和广义相对论,而目前还没有人知道如何把这两个理论合二为一。”这句话当然是正确的,但是我想在现代,人们起码有了一个看起来有可能成功的尝试,可以把这两个理论结合起来,这就是弦论。但是无论你尝试着使用什么样的理论框架去做,都会非常困难。原因很简单,目前我们能够探究到的最小的事物尺度就是在欧洲核子中心(CERN)利用大型重子对撞机(LHC)进行的实验,这仍然与我们想要探究的尺度差着15个数量级。想要跨越这个鸿沟会非常困难。我想起码在我的生命里是肯定看不到能够进行这样(跨越了15个数量级,直接探测弦论所描述的事物尺度)的实验了。


美国物理学家爱德华·威腾


三联生活周刊:如果是这样的话,对于科学理论的可证伪性又如何能够继续成立呢?

戴维·唐:科学研究不是短时间的,它可能需要几个世纪的努力。至于一个理论是否可以被证伪,这是一个和时间有关的话题。在当下弦论很难被证实或证伪,但是我想在未来还是有机会的。实际上我们可以拿原子论做一个类比。就算我们不认为原子论是从古希腊时代出现的,关于原子的现代科学理论应该也是在18世纪上半叶就出现了。当时的科学家通过思考原子的相互碰撞,提出了气体的原子理论,他们也计算了气体温度和气体原子运动速度之间的关系。

科学家在当时提出的原子理论就像是现代的弦论。如果你假定弦论是正确的,你可以由此推导出广义相对论——而如果在当时人们假设原子存在,就可以由此推导出理想的气体方程。但是当时没有人对原子理论太认真,大多数物理学家也是直到19世纪后期,直到詹姆斯·麦克斯韦的时代才真正开始对原子理论感兴趣起来,有些物理学家则是直到爱因斯坦的时代才真正相信原子论。这个理论被人们忽视了至少150年的时间,因为在当时已有物理学家有了一个极佳的想法,但苦于没有实验证据。

当然了,在这个例子中,原子确实存在,也有很多其他的例子,最后被证明其中的科学假设是错误的。我不知道对于弦论来说最终的结果会是属于哪一种,但现在,这对于物理学来说是一个非常有前途的想法,而对于数学来说是一个非常棒的想法,所以它非常值得人们去探索。从这个角度来说,我们完全没有必要去改变验证科学的标准,同时我们也没必要过早地声称弦论已经成功了。我们需要保持耐心。

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